增温施氮对高寒草甸生产力及生物量分配的影响

在青藏高原高寒草甸区设置模拟增温和氮添加处理,研究长期增温与外源氮输入对高寒草甸群落生产及其分配的影响.结果表明:开顶箱增温装置造成小环境暖干化,即显著提高地表空气温度1.6℃,提高表层土壤温度1.4℃,降低土壤含水量4.7%.2012、2013和2014年不施氮处理下增温分别降低地上生物量61.5%、108.8%和77.1%,在高氮(40和80kg N·hm^-2·a^-1)处理下增温对群落地上生物量无显著影响,这说明增温的影响依赖于氮添加水平,且施氮补偿了增温导致的土壤氮损失.增温导致根冠比增加,2012、2013和2014年不施氮处理下增温分别增加根冠比98.6%、60.7%和97.8%.在不增温处理下,植物群落地上、地下生物量的变化率均表现出低氮(10、20 kg N·hm^-2·a^-1)促进、高氮抑制的趋势,达到饱和阈值时的氮添加剂量分别为56.0和55.5 kg N·hm^-2·a^-1;而在增温处理下,地上、地下生物量随施氮量增加呈线性增加趋势.这说明增温改变了高寒草甸生物量分配对外源氮输入的响应模式,增温导致的土壤无机氮含量变化是生物量分配模式改变的主要原因.由氮添加试验估算的高寒草甸氮饱和阈值表明,高寒草甸对氮输入的敏感性高于其他类型草地.     

藏北高原草甸土壤固碳微生物群落特征随海拔和季节的变化

研究土壤固碳微生物丰度、群落结构、多样性差异及其影响因子对了解青藏高原土壤碳循环和固碳潜力具有重要意义。采用定量PCR(qPCR)、末端限制性片段分析(T-RFLP)、克隆文库和测序方法,研究了青藏高原草甸土壤固碳微生物丰度与群落结构随海拔和季节的变化,主要结果如下:1)随海拔升高高寒草甸土壤固碳微生物丰度显著升高,但季节变化不明显,不同类别微生物固碳基因cbbL丰度依次为:Form ICForm IABForm ID,其中Form IC类固碳微生物可达10~8拷贝数/g土壤,cbbL基因丰度与海拔、土壤含水量和铵态氮含量(NH_4~+-N)呈正相关关系,与土壤温度和pH值负相关;2)固碳微生物多样性和丰富度随海拔升高而升高,在4800m达到最大,且二者受季节影响较小,其群落结构随海拔升高而逐渐变化,主要受土壤pH值、海拔和土壤水分影响;3)Form IC类固碳微生物主要包括放线菌门和和变形菌门,其中α变形菌门是高寒草甸土壤优势固碳微生物类群。本研究有助于理解土壤微生物群落功能及其在土壤碳循环过程中的作用,为更准确评估高寒草甸土壤碳循环过程提供了科学依据。     

云南省哀牢山中山湿性常绿阔叶林萌生现象的初步研究

在森林树木受到人为或自然破坏以后,残留植物体的萌生是一个普遍存在的现象。据Kauffman〔1〕和Khan〔2〕等人在热带地区的研究,通过萌生形成的植株与通过种子萌发形成的植株相比,前者具有更快的生长速度,而且通过其原有的强大根系,能更有效地利用土壤中的养分资源,同时对环境也具有更强的适应能力。这些都构成了萌生植株在生长上的优势,使其在种群竞争中处于有利的地位。由此可见,萌生过程在植被恢复和自然更新中起到了重要的作用。近年来,关于植被萌生的研究在国外已得到越来越多的重视〔3～8〕,而在国内至今还未见到这方面的正式报道。…     

热带森林中的斑块动态与物种多样性维持

斑块作为景观要素之一,直接到景观结构的空间格局及其内部各要素之间的相互关系,其动态也将导致景观格局的变化。异质性的斑块在自然森林中是普遍存在的,这就是说,顶极森林中仍然存在着由不同种类或不同生长时期的植物种群组成的森林斑块。由自然或人为干扰所驱动的森林生长循环导致敢这些斑块在空间上的镶嵌,对于持定的地域片段,也导致了不同生长时期的森林斑块的周期性循环。在热带森林中,森林的生长循环由林窗期（ｇａｐ     

青藏高原高寒草甸植株性状和生物量分配的海拔梯度变异

通过亚高山带(3700 m)、高山带(4300 m)和亚冰雪带(5000 m 以上)3 个海拔常见的双
子叶草本、禾草和莎草3 种功能型57 种草本植物单株植物性状和生物量分配模式来检验假设:
随海拔升高植物将更多的生物量分配到地下部分, 特别是地下储存器官, 以利于萌发再生和
抵御高寒环境胁迫. 结果基本验证了这一假设, 但不同器官分配存在一定差异. 随着海拔升
高地上生物量呈减少的趋势, 亚高山带植物分配给储存器官的生物量比例((7±2)%)显著低于
高山带((23±6)%)和亚冰雪带((21±6)%), 而分配给叶的生物量比例随海拔升高变化不大. 从亚
高山带到亚冰雪带, 茎、花的生物量分别下降45%和41%, 细根的生物量却升高86%和102%.
随着海拔的升高, 双子叶草本、禾草比叶面积、单株叶面积均减小, 莎草则呈现相反趋势, 3
种功能型植物叶面积比、叶根比随海拔升高降低而细根生物量增加. 高山植物生物量分配随
海拔的变化主要表现在地上繁殖器官的降低和地下细根增加, 而叶生物量分配比例比较稳定,
表明高山植物通过稳定光合器官的投入和增加细根的吸收表面积, 以补偿高山低温和养分限
制环境下的碳供给和养分吸收. 与双子叶草本和禾草相比, 莎草类植物在高海拔地区, 叶、根
性状和生物量分配模式对其获取资源更加有利, 细根生物量在高山带显著升高是对莎草菌根
形成能力弱的一种补偿.     

拉萨河谷杨树人工林细根的生产力及其周转

通过土钻取样和分解袋法对拉萨河谷杨树人工林细根的生长和周转进行了测定.结果表明,在该地区杨树人工林生态系统中,约80%的细根集中分布在0～30cm土壤表层中;接近树木一侧的活(死)细根生物量均高于外侧,但二者未达到显著的差异;在生长季期间,活细根生物量平均为2.576 t · hm-2,死细根生物量平均为1.566 t · hm-2,生长高峰出现在生长季初期.经估算,拉萨河谷杨树人工林细根年生长量为3.030 t · hm-2,年周转率为1.18次;但受高原低温的影响,细根分解缓慢,分解系数k平均为0.0007～0.0008.细根的这种生长特征是杨树对高原地区短暂生长季节和雨热同季气候条件的一种适应性表现.     

云南哀牢山栎类次生林树种多样性特征研究

在哀牢山徐家坝地区,采用样方调查的方法对中山湿性常绿阔叶林受到人为破坏后形成的栎类次生林的树种多样性特征进行了研究。结果表明,恢复约40a的栎类次生林的乔木树种组成主要以云南越桔(Vacciniumduclouxii)为主。树种的萌生现象非常突出,超过2/3的树种具有萌生现象,在DBH≥3cm的植株中有72.7%是由无性系萌株产生的。栎类次生林乔木的密度随高度级、径级的增加而递减,但树种丰富度却不随树木的密度增加而增加。以Shannon-Wiener指数H、Simpson指数D和Fisher指数α计算了栎类次生林的树种多样性(H=1.42±0.27;D=0.65±0.09;α=2.59±1.16),并与中山湿性常绿阔叶林的树种多样性进行了比较,结果显示处于演替顶级阶段的中山湿性常绿阔叶林具有更高的树种多样性。     

藏北高寒草甸群落结构与物种组成对增温与施氮的响应

气候变暖和氮沉降增加作为全球环境问题,将严重影响陆地生态系统的结构与功能.研究发现,近几十年来青藏高原增温显著,其中冬季升温最明显.而已有的研究更多关注全年增温,对冬季增温研究较少.本文基于高寒草甸地区增温和氮素添加影响研究的不足,在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温和氮添加试验,研究长期增温与氮添加对高寒草甸群落结构与物种组成的影响.试验布设于2010年7月,地点在西藏当雄高寒草甸区,共有3种增温方式:对照、全年增温、冬季增温;每种增温处理下设置5个氮素添加梯度:0、10、20、40、80 kg N·hm^-2·a^-1,系统研究气候变暖与氮添加对高寒草甸生态系统群落结构与物种组成的影响.结果表明: 2012—2014年,增温与施氮处理均显著影响群落总盖度:全年增温处理降低了群落总盖度;在不施氮处理下,冬季增温降低了群落盖度,但在施氮处理下,随着氮剂量的提高群落盖度逐渐升高.增温与施氮对不同功能群植物的影响不同,增温处理降低了禾草与莎草植物盖度,而施氮提高了禾草植物盖度.相关分析表明,植被群落总盖度与生长旺盛期土壤含水量呈正相关关系,推测在降雨较少的季节增温导致的土壤含水量降低是群落盖度降低的主要原因.半干旱区高寒草甸土壤水分主要受降雨的调控,未来气候变化情景下,降雨时空格局的改变会显著影响植被群落盖度及组成,且大气氮沉降的增加对植被群落的影响也依赖于降雨条件的变化.     

青藏高原高寒灌丛草甸和草原化草甸CO_2通量动态及其限制因子

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型,在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止,对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析,对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰,不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004–2008年)的涡度相关CO_2通量连续观测数据,对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分,包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明:灌丛草甸的CO_2通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸,并且连续5年表现为"碳汇",平均每年NEP为70 g C·m~(–2)·a~(–1),高寒草原化草甸平均每年NEP为–5 g C·m~(–2)·a~(–1),几乎处于碳平衡状态,但其源/汇动态极不稳定,在2006年–88 g C·m~(–2)·a~(–1)的"碳源"至2008年54 g C·m~(–2)·a~(–1)的"碳汇"之间转换,具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异,因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子;其次,灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE,CUE=NEP/GPP),而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO_2通量大小的差异外,其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明,灌丛草甸生长季节CO_2通量的主要限制因子是温度,NEP和GPP主要受气温控制,随着气温升高而增加;而草原化草甸的CO_2通量多以季节性干旱导致的水分限制为主,其次才是气温的影响,受二者的共同限制。此外,两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响,其中GPP起主导作用,非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明,水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。     

2000—2015年青藏高原草地归一化植被指数对降水变化的响应

降水变化是造成青藏高原草地植被生长年际变异的重要因素,降水量、分配方式及发生时间是降水变化的重要特征.利用2000—2015年青藏高原及附近区域145个气象站点的降水资料,以年降水量表征降水整体状况,以改进的降水集度(PCI)表征年内降水的分配状况,以定义的降水重心(PC)表征降水的集中时期,分析青藏高原降水变化的时空特征;并进一步以归一化植被指数最大值(NDVI_max)表征植被生长状况,探讨了青藏高原草地对降水年际变化的响应.结果表明: 青藏高原年降水量和PCI存在明显的梯度特征,PC在西藏南部形成中心.青藏高原灌丛草地NDVI_max年际变化对PCI变化响应敏感,降水越均匀越有利于NDVI_max的增加,但受到降水量的限制;高寒草甸对降水特征没有表现出显著的相关关系;草原植被NDVI_max的年际变化同时受PCI和PC的控制;高寒荒漠植被NDVI_max的年际变化主要受降水量的控制.在研究降水变化对青藏高原不同类型植被的影响时,除降水量之外,还需进一步考虑降水的分配格局等特征.